測(cè)控電路01-緒論

1、測(cè)控電子線路2022/8/13為什么要學(xué)？學(xué)些什么？怎么學(xué)？第1章 緒論第1章 緒論測(cè)控電路的功用對(duì)測(cè)控電路的主要要求 測(cè)控電路的類型與組成 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法 測(cè)控電路的輸入輸出信號(hào) 測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)一. 為什么要學(xué)？二. 學(xué)些什么？三. 怎么學(xué)？2022/8/13現(xiàn)代生產(chǎn)方面：生產(chǎn)力是社會(huì)發(fā)展的決定因素，生產(chǎn)力決定國(guó)力生產(chǎn)的兩大指標(biāo)：質(zhì)量和效率提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都要靠測(cè)控沒(méi)有測(cè)量就無(wú)從了解、控制產(chǎn)品的質(zhì)量機(jī)械、電子、冶金、化工等生產(chǎn)和控制都要靠檢測(cè)、反饋控制1.1 測(cè)控電路的功用機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)靠精度，精度依賴于測(cè)控自動(dòng)化是提高效率的主要手段現(xiàn)代的自動(dòng)化是柔性的自動(dòng)化，越是柔性的

2、系統(tǒng)越需要自動(dòng)化寶鋼建設(shè)儀器測(cè)控裝備占總投資的1/31.1 測(cè)控電路的功用自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展就是智能化智能化對(duì)環(huán)境、原材料、機(jī)器工作狀態(tài)的自適應(yīng)，進(jìn)行信息交換，優(yōu)化決策智能化更離不開(kāi)測(cè)控智能機(jī)器、智能衣服、智能房屋1.1 測(cè)控電路的功用科學(xué)研究方面：科技是第一生產(chǎn)力門得列耶夫：科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的，沒(méi)有測(cè) 量就沒(méi)有科學(xué)測(cè)試是“新技術(shù)革命”的先導(dǎo)和基礎(chǔ)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試把“假說(shuō)”，“學(xué)說(shuō)”變?yōu)榭茖W(xué)例如牛頓萬(wàn)有引力學(xué)說(shuō)：只有在能測(cè)量地球和月球之間的精確距離的情況下,萬(wàn)有引力學(xué)說(shuō)才有可能成為科學(xué)。1.1 測(cè)控電路的功用祖沖之的圓周率=355/113=3.1415929是測(cè)量出來(lái)的沒(méi)有儀器

3、儀表難以進(jìn)行科學(xué)研究 許多重大發(fā)明是從測(cè)試和儀器儀表開(kāi)始的1.1 測(cè)控電路的功用高新科技方面：當(dāng)今時(shí)代是信息的時(shí)代信息技術(shù)包括：信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、執(zhí)行（控制）測(cè)量是信息的源泉，最后落實(shí)到控制信息時(shí)代的標(biāo)志：高性能的計(jì)算機(jī)的發(fā)展，速度和容量為其主要發(fā)展指標(biāo)。1.1 測(cè)控電路的功用國(guó)防事業(yè)離不開(kāi)測(cè)試現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是信息戰(zhàn)儀器、儀表的測(cè)試控制精度決定了武器的打擊精度。例如激光制導(dǎo),定點(diǎn)殺傷儀器、儀表的測(cè)試速度和診斷能力決定了武器的反應(yīng)能力。激光制導(dǎo)等先進(jìn)武器離不開(kāi)測(cè)控技術(shù)1.1 測(cè)控電路的功用航空、航天離不開(kāi)測(cè)量神州號(hào)發(fā)射成功 宇宙飛船的軌跡需要測(cè)量數(shù)據(jù)的不斷修正科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要測(cè)控收集載人航天、登

4、月的等前期工作需要收集數(shù)據(jù)運(yùn)載火箭的試制費(fèi)一半用于儀器與測(cè)控1.1 測(cè)控電路的功用生命科學(xué)環(huán)境、生態(tài)核科技納米技術(shù)1.1 測(cè)控電路的功用測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起什么作用？傳感器 測(cè)量控 制電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖1-1 測(cè)控系統(tǒng)的組成五官神經(jīng)四肢1.1 測(cè)控電路的功用 輸入信號(hào)：來(lái)自傳感器的輸出模擬與數(shù)字式； 輸出信號(hào)：送至顯示、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或計(jì)算機(jī)同上。放大電路：將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行高倍率放大，提高儀器的分辨能力，減小讀數(shù)誤差，滿足后續(xù)儀器的要求。調(diào)制解調(diào)與分離電路：選取有用信號(hào)，抑制無(wú)用信號(hào)，從而減小干擾、噪聲及非被測(cè)參數(shù)的影響。運(yùn)算與轉(zhuǎn)換電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算與轉(zhuǎn)換。如：在表面粗糙度測(cè)量中，輪

5、廓算術(shù)平均偏差需要進(jìn)行絕對(duì)值、積分、平均等運(yùn)算才能求得。 1.1 測(cè)控電路的功用細(xì)分與辨向電路：在光柵、磁柵、容柵等大位移以及可以轉(zhuǎn)換成位移的測(cè)量中，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的細(xì)分與辨向，提高儀器的分辨能力，且能得到位移的方向。電量測(cè)量電路：頻率、相位、脈沖參數(shù)的測(cè)量。在數(shù)字式電壓或電流表中，需要將電壓或電流轉(zhuǎn)換成頻率后再測(cè)量；在研究系統(tǒng)特性時(shí)，也要研究相位特性；脈沖參數(shù)應(yīng)用日益廣泛。故也要對(duì)頻率、相位、脈沖參數(shù)測(cè)量電路進(jìn)行介紹。1.1 測(cè)控電路的功用1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求一、精度高二、響應(yīng)快三、轉(zhuǎn)換靈活四、可靠性與經(jīng)濟(jì)性學(xué)些什么？要掌握設(shè)計(jì)、選用電路的要領(lǐng)，必須了解對(duì)測(cè)控電路的要求2022/8/13

6、（一）精度高 測(cè)量?jī)x器能準(zhǔn)確無(wú)誤地測(cè)量被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)與參數(shù)，從而獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。離開(kāi)精度，測(cè)控就失去意義生產(chǎn)、科研、國(guó)防、高科技都離不開(kāi)精度產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于測(cè)控精度儀器儀表的測(cè)控精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些？其中那幾個(gè)因素是最基本的？1、 噪聲與干擾2、失調(diào)與漂移，主要是溫漂3、線性度與保真度4、輸入與輸出阻抗的影響2022/8/131.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求課程內(nèi)容首先圍繞精度來(lái)講放大器：低漂、自動(dòng)穩(wěn)零、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性補(bǔ)償信號(hào)的調(diào)制解調(diào)濾波運(yùn)算處理，選取有效成分抗干擾技術(shù)

7、1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求（二）響應(yīng)快響應(yīng)速度快是對(duì)測(cè)控電路性能的重要要求。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量已成為測(cè)量技術(shù)發(fā)展的主要方向。 測(cè)量電路沒(méi)有良好的頻率特性、高的響應(yīng)速度，就不能準(zhǔn)確地測(cè)出被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀況，無(wú)法對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制。1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求為什么說(shuō)測(cè)控電路是測(cè)控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？1、 模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換2、信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換3、量程的變換4、信號(hào)的選取5、信號(hào)處理與運(yùn)算（三）轉(zhuǎn)換靈活2022/8/13（四）可靠性與經(jīng)濟(jì)性測(cè)控電路越來(lái)越多地實(shí)時(shí)地用在各種系統(tǒng)中；測(cè)控電路越來(lái)越多地國(guó)防和高科技中；測(cè)控電路越來(lái)越多地用在醫(yī)療和其它與生命有關(guān)的系統(tǒng)中；電路的集成度越來(lái)

8、越大。1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)條件更加惡劣 高溫、高速、高濕、高塵、振動(dòng)、密閉、遙測(cè)、高壓、高電壓、 深水、強(qiáng)場(chǎng)、易爆 經(jīng)濟(jì)性對(duì)測(cè)控電路也是很重要的。一個(gè)成本高昂的電路難以獲得廣泛應(yīng)用。要在滿足性能要求的基礎(chǔ)上，盡可能地簡(jiǎn)化電路。要合理設(shè)計(jì)電路，獲得較好的性能。1.2 對(duì)測(cè)控電路的主要要求1.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)1、模擬式信號(hào) (1) 非調(diào)制信號(hào) 信號(hào)的大小、波形與被測(cè)量之間具有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。如：壓電式傳感器測(cè)量工件的表面粗糙度，磁電式傳感器測(cè)量速度，熱電偶測(cè)量溫度 非調(diào)制模擬信號(hào)被測(cè)量測(cè)量信號(hào) 0 x t電路的形式、結(jié)構(gòu)首先與信號(hào)

9、形式與使用要求有關(guān)送到電路的信號(hào)與被測(cè)量具有近似線性關(guān)系2022/8/131.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀usucx線圈測(cè)桿工件銜鐵 調(diào)幅信號(hào)c)ustuctb)a)O xtxO xO（2） 經(jīng)調(diào)制信號(hào)2022/8/131.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（1）增量碼信號(hào)（2）絕對(duì)碼信號(hào)（3）開(kāi)關(guān)信號(hào)1.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（1）增量碼信號(hào)123546輸出反映變化量 信號(hào)大小由信號(hào)變化周期數(shù)的增量決定，與被測(cè)對(duì)象狀態(tài)無(wú)關(guān)。如光柵測(cè)量位移時(shí)的輸出。1.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（1）增量碼信號(hào)亮亮暗W輸出

10、反映變化量簡(jiǎn)述1.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào) （2）絕對(duì)碼信號(hào) 信號(hào)大小與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。如碼盤測(cè)量角度時(shí)輸出信號(hào)，每一個(gè)角度方位對(duì)應(yīng)一組編碼。11110000000100100011010001010110011110001110110011011011101010012022/8/131.3 測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（3）開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出只有開(kāi)關(guān)、通斷、亮暗、01兩種狀態(tài)1.4 測(cè)控電路的類型與組成一、測(cè)量電路的基本組成 模擬式測(cè)量電路的基本組成 數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成二、控制電路的基本組成 開(kāi)環(huán)控制 閉環(huán)控制2022/8/131.4 測(cè)控電路的類

11、型與組成 模擬式測(cè)量電路的基本組成電路傳 感 器量程切換電路放 大 器信號(hào)分離電路運(yùn)算電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計(jì) 算 機(jī)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)振 蕩 器 電 源解 調(diào) 器2022/8/131.4 測(cè)控電路的類型與組成指令傳感器電路傳 感 器顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì) 算 機(jī)鎖 存 器計(jì) 數(shù) 器轉(zhuǎn)換電路脈沖當(dāng)量放 大 器整形電路細(xì)分電路手動(dòng)采樣鎖存指令辨向電路 增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成2022/8/131.4 測(cè)控電路的類型與組成 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測(cè)量電路 控制電路 擾動(dòng)量傳感器放大電路輸出轉(zhuǎn)換電路設(shè)定電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)給定機(jī)構(gòu)被控對(duì)象2022/8/131.4 測(cè)控電路的類型與組成 設(shè)定電路比較電路校正電路轉(zhuǎn)換電路給定

12、機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出傳感器擾動(dòng)放大電路控制電路 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 2022/8/131.4 測(cè)控電路的類型與組成測(cè)量電路的輸入信號(hào)類型對(duì)其電路組成有何影響？試述模擬式測(cè)量電路與增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成及各組成部分的作用。為什么要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)？試述閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用。2022/8/131.5 測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì) 優(yōu)質(zhì)化(精、快、可靠） 集成化 數(shù)字化 通用化、模塊化 測(cè)控一體化 自動(dòng)化與智能化學(xué)習(xí)不僅要把握現(xiàn)狀，而且要了解發(fā)展趨勢(shì)2022/8/13課程的性質(zhì)：專業(yè)必修課。不是電子技術(shù)課的深化與提高，而是運(yùn)用電子技術(shù)來(lái)解決測(cè)量與控制中的任務(wù)，即運(yùn)用電子技術(shù)

13、的基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)分析傳感器的后續(xù)電路，從而根據(jù)傳感器來(lái)設(shè)計(jì)、選擇測(cè)控電路。課程的特點(diǎn)：實(shí)踐性很強(qiáng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)加強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，從而學(xué)會(huì)合理選擇和使用電子儀器，提高對(duì)傳感器后續(xù)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、性能調(diào)試、排除故障的能力。1.6 課程的性質(zhì)、特點(diǎn)與內(nèi)容課程的內(nèi)容：“傳感器”和基本“轉(zhuǎn)換電路”已將被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，“測(cè)控電路”是將傳感器輸出的電信號(hào)(電壓、電流)進(jìn)行放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波(分離)、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、細(xì)分與辯向等處理，從而得到傳感器輸出的有用信號(hào)，濾除無(wú)用信號(hào)(干擾、噪聲)。如： 1. 電阻、電容、電感傳感器經(jīng)過(guò)電橋輸出電壓或電流 信號(hào)很小(mV或mA)，全橋輸出 ， 當(dāng) 時(shí)， 。故后續(xù)放大電 路，特別是低漂移、高抗干擾能力的高性能放大電路。 1.6 課程的性質(zhì)、特點(diǎn)